Baru-baru ini, Badan Antariksa Eropa (ESA) secara resmi menyetujui proyek eksperimental pertama untuk mengukur gelombang gravitasi di luar angkasa. Proyek tersebut, yang disebut Laser Interferometric Space Antenna (LISA), akan mendeteksi riak besar dalam ruang-waktu yang dipicu oleh peristiwa kosmik seperti penggabungan lubang hitam supermasif dengan menganalisis waktu yang tepat dari perambatan sinar laser dalam jarak 2,5 juta kilometer. sistem tata surya.
Badan Antariksa Eropa mengumumkan pada 25 Januari bahwa pembangunan misi bernilai miliaran euro akan dimulai pada tahun 2025, dengan rencana peluncuran pada tahun 2035. “Misi ini sangat inovatif dan akan membuka jendela tentang sumber gelombang gravitasi yang hanya dapat dideteksi oleh LISA,” kata Valeriya Korol, ahli astrofisika di Institut Astrofisika Max Planck di Garsing, Jerman, yang merupakan anggota kolaborasi LISA. tim.
Apa yang membuat LISA unik dibandingkan dengan detektor berbasis darat adalah kemampuannya mendeteksi gelombang gravitasi pada frekuensi yang lebih rendah, yang berarti LISA dapat menjelaskan fenomena kosmik yang jauh lebih besar dan lebih jauh, seperti lubang hitam yang mengorbit satu sama lain, yang cakupannya jauh lebih besar. dan jarak dibandingkan yang pertama kali terdeteksi oleh Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) yang berbasis di darat pada tahun 2015.
Proyek LISA telah lama dibuat, kenang Karsten Danzmann, direktur Institut Max Planck untuk Fisika Gravitasi di Hannover, Jerman, dan kepala konsorsium LISA, yang pertama kali menulis proposal untuk LISA 31 tahun lalu. Percobaan ini bertujuan untuk mendeteksi gelombang gravitasi dengan mengukur jarak (sampai sepertriliun meter terdekat) di mana laser bergerak antara dua titik bermassa jutaan kilometer jauhnya, dengan presisi sedemikian rupa sehingga tidak ada hal lain selain ruangwaktu itu sendiri yang dapat mempengaruhi pergerakan gelombang gravitasi. poin massa.Karsten Danzmann yakin bahwa proyek tersebut akan membuahkan hasil, dengan menyatakan bahwa "Awalnya orang menganggap ide itu konyol, tapi saya mengatakan kepada mereka untuk bersabar saja."
Segitiga Emas Misi LISA:Deteksi gelombang gravitasi di luar angkasa
Program LISA akan terdiri dari tiga pesawat ruang angkasa dengan konfigurasi seragam yang akan mengorbit Matahari dalam formasi segitiga sama sisi (Gambar 1). Di dalam setiap pesawat ruang angkasa terdapat kubus terapung sepanjang 4,6 cm yang terbuat dari emas dan platinum. Dengan menggunakan laser untuk secara akurat mengukur jarak relatif antara kubus-kubus ini, LISA mampu mendeteksi variasi spasial dan temporal halus yang disebabkan oleh gelombang gravitasi dengan presisi sangat tinggi (hingga urutan pikometer, atau sepersejuta milimeter). Perubahan tersebut dihasilkan oleh percepatan gerak benda-benda masif. Pengukuran halus ini memungkinkan LISA untuk menentukan dengan tepat sumber gelombang gravitasi, perangkat yang digambarkan Valeriya Korol sebagai "instrumen dari fiksi ilmiah".
Gambar 1 Diagram konseptual pesawat ruang angkasa misi LISA. 3 satelit akan membentuk segitiga yang mengorbit mengelilingi Matahari.
Karsten Danzmann menunjukkan bahwa meskipun ada tantangan dalam melakukan pengukuran presisi tinggi pada jarak seperti itu, lingkungan luar angkasa jauh lebih kondusif untuk eksperimen semacam itu dibandingkan di lapangan. Tidak adanya getaran, gangguan atmosfer, dan osilasi lainnya di ruang angkasa memberikan ruang hampa yang hampir sempurna untuk eksperimen. Namun, kompleksitas teknologinya mengharuskan peralatan tersebut sangat andal, karena peralatan tersebut tidak dapat diperbaiki begitu saja di lokasi setelah diluncurkan.
Proyek LISA dirancang untuk mendeteksi gelombang gravitasi pada panjang gelombang antara 300,000 kilometer dan 3 miliar kilometer, rentang yang mengisi kesenjangan antara kemampuan deteksi Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) yang berbasis di darat dan Susunan Waktu Pulsar. Ia dapat mendeteksi gelombang gravitasi pada panjang gelombang yang lebih panjang dibandingkan dengan LIGO dan pada panjang gelombang yang relatif lebih pendek dibandingkan dengan Pulsar Timing Array. Saat ini, Pulsar Timing Array sedang melakukan penelitian untuk mengamati dan mempelajari gelombang gravitasi di seluruh galaksi dengan menggunakan beberapa bintang sebagai "suar", yang memancarkan sinyal periodik yang membantu para ilmuwan mendeteksi gelombang gravitasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang.
Prospek LISA dan Kolaborasi Global dalam Deteksi Gelombang Gravitasi
Karsten Danzmann menunjukkan bahwa berbagai eksperimen mengamati fenomena unik mereka sendiri dan memberikan data pelengkap, seperti yang dilakukan teleskop radio dan perangkat cahaya tampak. Berkat ukurannya yang besar, LISA akan mampu mendeteksi gelombang gravitasi dari penggabungan lubang hitam supermasif, serta sinyal yang dipancarkan sebelumnya pada fase tabrakan yang terdeteksi oleh LIGO. LISA juga diharapkan dapat mengungkap peristiwa kosmik yang belum pernah terlihat sebelumnya. seperti tabrakan katai putih yang melebihi ukuran lubang hitam dan penggabungan lubang hitam biner dengan massa yang tidak sama.
Para astronom mengharapkan eksperimen ini dapat mendeteksi kebisingan latar belakang gelombang gravitasi yang dihasilkan di alam semesta awal, yang diprediksi secara teori, dan berpotensi menangkap sinyal yang dipancarkan oleh lubang hitam paling awal, kata Valeriya Korol. LISA diharapkan dapat membantu para ilmuwan memahami dengan lebih akurat bagaimana laju gelombang gravitasi. perluasan alam semesta telah berubah dengan mengukur jarak ke sumber gelombang gravitasi yang dideteksinya.
Tiongkok juga berencana meluncurkan detektor gelombang gravitasi ruang angkasanya sendiri pada tahun 2030-an, yang disebut sebagai "Program Taiji" Deteksi Gelombang Gravitasi Luar Angkasa dan "Program Tianqin". Program deteksi gelombang gravitasi luar angkasa Tiongkok telah dibantu oleh pengembangan proyek LISA, yang meningkatkan kemungkinan penerapannya. Program "Program Tianqin" dikenal sebagai program Tiongkok, dan tidak seperti program LISA Eropa, tujuannya adalah untuk membangun observatorium gelombang gravitasi berbasis ruang angkasa sekitar tahun 2035 dengan mengerahkan tiga satelit sinkron di orbit geosentris pada ketinggian. sekitar 100,000 kilometer, merupakan konstelasi segitiga sama sisi dengan panjang sisi sekitar 170,000 kilometer "Tianqin", untuk melakukan deteksi ruang gelombang gravitasi. "Rencana Taiji" pada dasarnya sama dengan rencana LISA Eropa, di orbit heliosentris sekitar 50 juta kilometer dari Bumi, meluncurkan tiga satelit yang semuanya mirip, orbit formasi tiga bintang dengan matahari sebagai pusatnya, desainnya dari panjang lengan interferensi yaitu jarak satelit 3 juta kilometer. Tianqin, LISA, Taiji tiga rencana, yang pertama adalah program orbit geosentris, dua yang terakhir adalah program orbit heliosentris, memerlukan teknologi inti yang sama, juga memiliki kesulitan teknis yang berbeda, namun deteksi gelombang gravitasi ruang angkasa saling melengkapi. Persetujuan program LISA oleh ESA menandai tonggak penting dalam komunitas ilmiah.
